9.3 库仑定律 课件 (共21张PPT) -2022-2023学年高二物理人教版2019必修三

(共21张PPT)
库仑定律
人教版2019必修第三册
学习目标
1.通过实验演示,了解电荷之间的作用力大小与电荷量的多少以及电荷之间距离的关系。体会实验与类比在定律的建立过程中发挥的重要作用。
2.通过与质点模型类比，知道点电荷模型的物理意义及建立点电荷模型的条件，进一步体会科学研究中的理想模型方法，感悟科学研究中建立理想模型的重要意义。
3.理解库仑定律的内涵和适用条件，通过静电力与万有引力的对比,体会物理学的和谐统一之美，提高物理学习兴趣。
4.体会库仑扭秤实验的设计思路与实验方法。
同种电荷相互排斥； 异种电荷相互吸引。
q1
q2
+
C
+
既然电荷之间存在相互作用，那么电荷之间相互作用力的大小决定于哪些因素呢？
猜想：①可能跟电荷电量有关
②可能与电荷间的距离有关
探究影响点电荷之间相互作用力的因素
实验观察
一、电荷之间的作用力
实验原理与方法：控制变量法
实验结论：
1.带电量保持不变时，距离越近，偏角 ，静电力 ；
2.距离保持不变时，带电量越大，偏角 ，静电力 ；
越大
越大
越大
越大
1. 影响带电体间相互作用力的因素有哪些？
电荷量 q1 q2
距离r
介质
大小形状
电荷分布
能忽略其影响吗？
探究影响点电荷之间相互作用力的因素
定义：当一个带电体本身的线度比它到其他带电体的距离小很多，以至于在研究它与其他带电体的相互作用时，带电体的形状以及电荷在其上的分布状况均无关紧要，该带电体可以看做一个带电的点，这样的电荷称为点电荷。
大小形状
电荷分布
点电荷
理想化模型
性质：类似于力学中的质点，也是一种理想化模型
条件：形状和大小对所研究的问题的影响是否可以忽略不计
二、库仑扭秤实验
思想方法：放大、转化，控制变量法
结论
静电力或库仑力（N）
点电荷电量（C）
点电荷间距离（m)
静电力常量：
方 向：在两点电荷的连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸。
适用条件：a.真空中；b.静止点电荷
库仑定律与万有引力定律的比较
定律 公式 公式适用范围 共同点 不同点 影响大小的因素
库仑定律 点电荷 ①都与距离的平方成反比。 ②都有一个常数。 与两个物体电量有关，有引力，也有斥力。 Q1、Q2、r
万有引力定律 质点 与两个物体质量有关，只有引力。 M、m、r
三、静电力计算
例题1.在氢原子内，氢原子核与电子之间的最短距离为 5.3×10 -11 m。 试比较氢原子核与电子之间的静电力和万有引力。
解：氢核与电子所带的电荷量都是1.6×10-19C
微观粒子间的万有引力远小于库仑力，所以在研究微观带电粒子的相互作用时，万有引力忽略不计。
三、静电力计算
例题2.真空中有三个点电荷，它们固定在边长50 cm的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷都是 +2×10-6 c,求：三个电荷所受的库仑力。
解：受力分析，Q3共受F1和F2两个力的作用Q1=Q2=Q3=Q，相互间的距离 r 都相同,
所以
根据平行四边形法则：
合力的方向沿Q1、Q2的连线的垂直平分线向外
拓展、静电力的叠加原理
实验发现：两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而改变。两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这个电荷作用力的矢量和。
拓展：库仑力作用下的平衡与运动问题
三电荷平衡模型的规律
(1)“三点共线”——三个点电荷分布在同一直线上。
(2)“两同夹异”——正负电荷相互间隔。
(3)“两大夹小”——中间电荷的电荷量最小。
(4)“近小远大”——中间电荷靠近电荷量较小的电荷。
例:如图所示，两个带电荷量分别为q1、q2，质量分别为m1、m2的小球，以等长的丝线悬挂于一点，下列情况正确的是（　　 ）
A.若m1=m2，q1≠q2，则α=β
B.若m1=m2，q1>q2，则α>β
C.若m1=m2，q1D.若m1≠m2，q1=q2，则α=β
解析：假定α=β，则库仑力在水平方向上，m1、m2受力如图所示，
由平衡条件可知，
m1g=Fcot β，m2g=F′cot α
因F=F′，α=β，则m1=m2
可见，若m1=m2，则α=β，α、β的关系与两小球所带电荷量无关。
A
例4：如图所示，三个点电荷Q1、Q2、Q3在一条直线上，Q2和Q3间的距离为Q1和Q2间距离的2倍，每个点电荷所受静电力的合力为0，由此可以判定，三个点电荷的电荷量之比Q1∶Q2∶Q3为（　　）
A.（-9）∶4∶（-36） B.9∶4∶36
C.（-3）∶2∶（-6） D.3∶2∶6
解析：由三电荷平衡模型的特点“两同夹异”可知，Q1和Q3为同种电荷，它们与Q2互为异种电荷。设Q1和Q2间的距离为r，则Q2和Q3间的距离为2r，电荷量均取绝对值。
对Q1有 = ①
对Q2有 = ②
联立①②式解得Q1∶Q2∶Q3=9∶4∶36。
所以三个点电荷的电荷量之比Q1∶Q2∶Q3为（-9）∶4∶（-36）或9∶（-4）∶36。
A
本课小结
1.库仑定律内容：真空中两个静止的点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。
2. 库仑定律的适用条件：①真空中 ②静止点电荷
3. 点电荷：点电荷是只有电荷量，没有大小、形状的理想化模型，实际中并不存在。
4. 库仑定律表达式
5.库仑力的叠加：平行四边形定则。
6.同一直线上三个自由点电荷的平衡问题
课堂练习
1、关于点电荷的下列说法中正确的是（ ）
A.真正的点电荷是不存在的．
B.点电荷是一种理想化模型．
C.足够小（如体积小于1）的电荷就是点电荷．
D.一个带电体能否看成点电荷，不是看它的尺寸大小，而是看它的形状和大小对所研究的问题的影响是否可以忽略不计．
ABD
2.光滑绝缘的水平地面上有相距为L的点电荷A、B，带电量分别为－4Q和+Q，今引入第三个点电荷C，使三个点电荷都处于平衡状态，则C的电量和放置的位置是（ ）
A －Q，在A左侧距A为L处
B －2Q，在A左侧距A为L/2处
C －4Q，在B右侧距B为L处
D + 2Q，在A右侧距A为3L/2处
C
3.两个完全相同的金属小球，相距为r，所带电荷量的绝对值之比为1：7，两者相互接触后再放回原来的位置上，则相互作用的库仑力可能变为原来的（　 　）
A．4/7 B．3/7
C．9/7 D．16/7
CD
4、如图所示，分别在A、B两点分别放置点电荷Q1=+2×10-14C和Q2=-2×10-14C，在A、B连线的垂直平分线上有一点C，且AB=AC=BC=6×10-2 m。若有一电子静止放在C点处，则它所受的库仑力的大小和方向如何？
谢谢大家